快速傅立葉轉換演算法於生物醫學之應用研究與FPGA實現

The FPGA Implementation and Survey of FFT Algorithms for Biomedical applications

陳嘉偉(Jia-Wei Chen)

指導教授 ： 賴裕昆

中原大學/工學院/電機工程研究所/碩士(2010年)

https://doi.org/10.6840/cycu201000857

摘要

本論文研究分析幾種傳統常見的快速傅立葉轉換演算法，並探討與比較其硬體架構效能後，以FPGA實現適合處理心電圖、腦波之生理訊號等相關應用所需之快速傅立葉轉換演算法。系統以實際的生理訊號資料經由FPGA運算之結果與Matlab模擬所產生之結果來驗證其準確度。

於本論文中，共分為三大部分：第一部分主要針對研究背景、生理訊號的心電圖與腦波圖相關詞彙介紹、快速傅立葉演算法基本原理介紹與公式推導，以及FPGA(Field Programmable Gate Array,現場可程式化邏輯閘陣列)相關介紹，第二部分主要討論快速傅立葉演算法的硬體架構，其中包含傳統的快速傅立葉演算法硬體架構之介紹，分別為：延遲連接架構、單一路徑延遲回授架構、記憶體架構，之後介紹自行設計之快速傅立葉演算法硬體架構與相關硬體模組，第三部分則是快速傅立葉演算法運算完成之後的數值呈現部份，於FPGA的快速傅立葉演算法運算模擬完成之後的數值資料將與Matlab的快速傅立葉演算法運算模擬完成的數值資料做精確度比較，並使用複合波的數值資料經由FPGA的快速傅立葉演算法運算模擬完成之後的數值資料，經由excel繪製成頻譜圖來觀察其頻譜之精確度，之後呈現快速傅立葉演算法於FPGA程式執行運算所需之時間以及快速傅立葉演算法於FPGA所使用之硬體資源與功率消耗，最後討論現階段可改進部分與相關未來規劃。

關鍵字

FPGA ； 快速傅立葉轉換

並列摘要

This thesis explores several Fast Fourier Transform algorithms for FPGA implementation targeted for biomedical signal analysis. We present the hardware architecture and design flow in detail with complete testing based on the real biomedical signal traces. The accuracy is verified against the Matlab simulation results suitable for signal processing on ECG and EEG related applications.

並列關鍵字

Fast Fourier Transform ； Field Programmable Gate Array

參考文獻

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